CC BY
144. Кокорев Д.С., Юрин А.А. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ: ПОНЯТИЕ, ТИПЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА ДЛЯ БИЗНЕСА // Colloquium-journal. - 2019. - №10(34). - С. 31-35.
УДК 62-503.57
СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ И КОРРЕКЦИИ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ОДЕЖДЫ НА
МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ESP32
Овчинников Дмитрий Леонидович Ovchinnikov Dmitry Leonidovich
Студент 2 курса факультета информационных технологий 2nd year student of the Faculty of Information Technology Пензенский Государственный университет Penza State University Тычков Александр Юрьевич Tychkov Alexander Yurievich Исполняющий обязанности заведующего кафедрой Радиотехника и радиоэлектронные системы Acting Head of the Department Radio engineering and electronic systems Пензенский Государственный Университет Penza State University
SYSTEM FOR MONITORING AND CORRECTION OF THERMOREGULATION CLOTHES ON
THE ESP32 MICROCONTROLLER
Аннотация: Спроектировано и создано устройство автоматического контроля и мониторинга тепла под одеждой на основе датчиков DS18b20 и микроконтроллера ESP32 с возможностью управления через телефон.
Abstract: A device for automatic control and monitoring of heat under clothing based on DS18b20 sensors and an ESP32 microcontroller with the ability to control via a phone has been designed and created.
Ключевые слова: микроконтроллер, куртка, здоровье, датчики, текстильная промышленность, контроль, мониторинг, управление, алгоритм.
Keywords: microcontroller, jacket, health, sensors, textile industry, control, monitoring, management, algorithm.
На данный момент развитие электроники и микроэлектроники в частности шагнуло далеко вперед. Благодаря этому мы можем реализовывать множество поистине инновационных устройств и программ по оптимизации тех или иных процессов и т.д.
Так, к примеру, с помощью довольно простых датчиков и микроконтроллера мы можем регулировать температуру, влажность, освещение и прочие аспекты в своем доме, теплице или любом другом месте. Однако одежды с возможностью мониторинга и изменения определенных параметров в реальном времени просто не существует. В продаже существуют простые куртки с фиксированными настройками подогрева - слабо/средне/сильно, что не позволяет полноценно регулировать температуру под одеждой.
Чтобы исправить этот недостаток достаточно добавить в цепочку управления микроконтроллер с заложенной в него определенной программой. Для сбора информации об окружающей среде к управляющей плате необходимо подключить различные датчики. Минимально необходимое количество датчиков - один, расположенный внутри куртки. В таком случае система будет работать не совсем точно, но этого будет достаточно для терморегуляции. При добавлении большего количества сенсоров, появится возможность реализации зонального контроля, и динамического изменения граничных параметров в зависимости от температуры на улице.
Помимо считывания данных необходимо их правильно обрабатывать и совершать определенные действия на их основе. Для этого в схему нужно добавить силовые ключи. Реализовать это можно по-разному: как с помощью реле, что не позволит менять степень нагрева, так и на различных силовых транзисторах. Используя полупроводники появляется возможность использовать широко импульсную модуляцию (далее ШИМ). Изменение процента заполнения ШИМ увеличивает или уменьшает интенсивность нагрева. Таким образом мы получаем большое количество подуровней управления помимо состояний «включен» и «выключен».
Для задания параметров необходимо как-то управлять устройством - либо физическими кнопками, регуляторами, либо можно воспользоваться беспроводным соединением с приложением на телефоне. Оно позволит многократно увеличить функционал за счет гибкой настройки, возможной для каждого пользователя. Помимо этого, дизайн приложения можно адаптировать для слабовидящих людей. В
качестве беспроводной связи используется Bluetooth, за счет возможности использовать протокол BLE (Bluetooth Low Energy). Благодаря этому у телефона заряд батареи будет расходоваться гораздо меньше чем при включенном Wi-Fi. Так же использование смартфона позволит собирать данные о состоянии человека и в экстренных случаях сообщать близким и службам спасения об этом, прикладывая данные о местоположении (при использовании GPS).
Итак, примерная схема устройства выглядит следующим образом рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема устройства
В качестве источника питания может выступать любой powerbank, обладающий необходимой для пользователя емкостью. Чем она будет больше, тем дольше устройство сможет работать и согревать хозяина. Так как выходное напряжение USB порта составляет 5 вольт, а для питания микроконтроллера ESP 32 и датчиков DS18B20 необходимы 3,3 вольта, необходимо поставить стабилизатор на советующее напряжение. Использование контроллера ESP 32 со встроенным Bluetooth модулем, с возможностью использования протокола BLE, позволяет уменьшить количество компонентов в схеме, тем самым повысить надежность устройства.
Однако недостатком использования повербанка в качестве элемента питания является ограниченная мощность нагревателя. Из-за специфики разъема USB версии 2.0 максимальный ток довольно сильно ограничен, обычно он составляет около двух ампер. Использование интерфейса USB 3.0 и в частности разъема type-C, позволит многократно повысить отдаваемую мощность. Так же вариантом увеличения мощности является использование триггера протокола быстрой зарядки. Но не все повербанки способны работать по данной технологией. Использование повышающих модулей напряжения в самом устройстве повлечет за собой потери мощность, что негативно скажется на нагреве. Поэтому нагревательный элемент подключается через электронный ключ на выход с источника питания. Точный расчет сопротивления нагревателя позволяет добиться на опытных образцах температуры в 40 градусов по Цельсию, чего достаточно для согрева человека, даже при сильных морозах.
Таким образом с помощью довольно простой и небольшой схемы мы можем реализовать огромный функционал. Который будет полезен для людей во многих областях: от продавцов в больших торговых центрах, до инженеров и ремонтников, работающих в условиях крайнего Севера.
Библиографический список:
3)Куртка с автоматической системой терморегуляции / Бринк И.Ю., Корнев Н.В., Останков Н.М., Сироткин А.Ю., Стенькина М.П., Черунова И.В. // Патент на полезную модель RUS 194096 U1 17.09.2019. Заявл. 17.09.2019, опубл. 28.11.2019, бюл. № 34.
4)Тальянова А.С. «Умная одежда» // РГУ им. А.Н. Косыгина, 2017.
5)Новая, модная и «умная». Одежда из программируемых волокон. - Текст: электронный // Хабр: [сайт]. - URL: https://habr.com/ru/company/vdsina/news/t/562624/
